实验项目 环境胁迫对玉米幼苗光合特性及相关生理指标的的影响

一、课程（项目）概述

课程名称：环境胁迫对玉米幼苗光合特性的影响

课程总学时：20

课程性质：综合实验课

前修课程：植物生理学

二、课程（项目）内容简介

植物生长过程中受到很多环境因素的影响, 如光照、温度、水分等。植物的生长、发育对生态因子的需求量也有一定的适应范围。当环境因子超过这个范围则表现为对生长发育的抑制, 构成了环境胁迫。植物的光合作用形成的碳水化合物是产量形成的主要物质基础。在玉米生长季节，干旱、渍涝、高温、阴雨寡照等自然灾害经常发生，对玉米生长与产量影响很大。近年来，随着“温室效应”不断加剧，短期异常天气频繁，成为制约农业生产的重要非生物胁迫因素。

玉米感知环境胁迫作用后, 通常表现出光合作用下降、光合色素含量降低等。本实验课程就一种环境因子胁迫引起的玉米的光合速率、呼吸速率、叶绿素荧光，以及RUBP羧化酶、PEP羧化酶活力等光合性状的变化设计系列实验, 表征植物光合特性整体性。

三、实验目标与要求

了解光合特性相关生理指标，掌握本课程实验的操作方法。

四、教学内容与安排

实验一 植物光合速率的测定

（一）实验目的

1．了解植物光合速率测定的原理，

2．掌握测定方法，学习实验数据统计与分析

（二）实验材料与主要仪器

1．材料：玉米叶片，对照组和逆境处理组

2．器材：LI-6400（LI-COR Inc.，美国）便携式光合作用测定系统。

（三）实验内容与方法

1. 玉米种子催芽

2. 盆栽试验设计与实施

3. 测定：用便携式光合作用测定系统测定叶片净光合速率（Pn）、细胞间隙二氧化碳浓度（Ci）、气孔导度（Gs）

4. 用叶面积仪测量叶片的面积

5. 读取各处理组的相关数据

（四）作业

1. 将对照组与处理组的实验数据进行统计分析，分析差异。

2．在光合速率的测定过程中，哪些步骤容易出现误差了应怎样避免 ?

3. 水淹后，玉米的光合速率出现了哪些变化，并解释原理。

实验二 红外CO₂分析仪法测定植物呼吸速率

（一）实验目的

1.掌握红外CO₂分析仪法测定植物呼吸速率原理

（二）实验材料与主要仪器

1. 玉米叶片正常组和逆境处理组。

2．器材：红外CO₂分析仪

（三）实验内容和方法

1、取实验1 的材料。

2、红外CO₂分析仪开机预热

3、红外CO₂分析仪调零

4、红外CO₂分析仪跨度校准

5、样品重量及CO₂浓度值测定

6、 根据公式计算呼吸速率

（四）作业

1. 数据记录与分析

2. 分析逆境处理组与对照之间差异及原理

实验三 植物RUBP羧化酶活力的测定

（一）实验目的

1．学习植物RUBP羧化酶的提取方法

2. 掌握叶片RUBP羧化酶活力测定方法

（二）实验材料与主要仪器

1．材料： 实验1培育的玉米材料。

2．器材：紫外分光光度计，冷冻离心机，匀浆器，移液管，秒表。

（三）实验内容与方法

1. 酶粗提液的制备

2. 酶反应体系配制RuBPCase 活力测定： 按表2配制酶反应体系。

3．RuBPCase 活力测定

4．计算RuBPCase 酶活力

（四）作业：

1．分析对照组与逆境处理组玉米叶片RuBPCase活力的差异。

2．RuBP很不稳定，特别在碱性环境下，因而应在pH 5.0～6.5 之间于-20℃保存，最好现配现用。

3.  RuBPCase 在光合作用中的生物学意义 ?

4. 为什么加入ATP 再生系统就可使NADH氧化与CO₂的固定同步?

实验四 植物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶活力的测定

（一）实验目的

1. 了解磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶的功能

2. 熟悉酶偶联法测定PEP羧化酶活性的原理及方法。

（二）、实验材料与主要仪器

1. 材料：玉米、高梁等C4植物的叶片

2. 器材：紫外分光光度计，冷冻离心机，组织捣碎机，Sephadex G-25柱（2 cm×45 cm）,DEAE

（二乙胺基乙基）-纤维素（DE-52，1 cm×30 cm）柱，紫外监测仪，部分收集器，蠕动泵。

（三）实验内容与方法

1. 粗酶液提取

2. 酶的纯化

A. 硫酸铵分步沉淀

B. Sephadex G-25 柱层析

C. DEAE-纤维素柱层析

3. 酶活性测定

（四）作业

计算PEP 羧化酶活性

（五）思考

1. 分析玉米叶片对照组与逆境处理组PEP 羧化酶活性差异及其原理

2. 测定时的酶液用量需事先试验，苹果酸脱氢酶的用量视丙酮酸羧化酶活性大小而定，也可事先通过实验确定最佳用量。

3. 哪些因素可能影响该实验的测定结果？

4. 分析对照组与处理组之间PEP羧化酶活力的差异，并分析原因。

实验五 植物叶绿素荧光产量的测定

（一）实验目的

1．学习叶绿素荧光仪测定原理和操作方法，

2．掌握叶绿素荧光应用

（二）实验材料与主要仪器

1．材料：植物叶片。

2．器材：PAM2100荧光仪

（三）实验内容与方法

1．实验材料：玉米对照组和逆境处理组

2. PAM荧光仪的使用

3．叶片与荧光标准的比较

4．光化学光强度对叶绿素荧光的影响

5．远红光的作用

6．饱和脉冲的作用

7．结果与分析

（四）作业

1．什么叫荧光现象？荧光有何特点？

2．研究叶绿素荧光产量变化有何意义？

3. 对照组与逆境处理组玉米叶片荧光产量的比较。

五、考核方式与成绩评定

本课程考核根据同学实验操作表现、实验报告撰写进行成绩评定。

六、教材及主要参考资料

1. 王学奎主编：植物生理生化实验原理和技术，高等教育出版社，2006

2. 邹琦主编: 植物生理学实验指导，中国农业出版社，2000